光焱科技 胜焱电子科技 Enlitech
Previous slide
Next slide
Tell us more, we’ll
Enlighten Your Ideas!
内容

中科院宁波材料所葛子义团队倒置钙钛矿太阳能电池25.15%效率与稳定性

Enlitech-顶尖团队评分!

摘要

钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 因其高效率、低成本和可印刷性等优点,成为最有希望取代传统硅基太阳能电池的下一代光伏技术。近年来,钙钛矿太阳能电池 (PSCs)的效率不断攀升,已突破 25% 的瓶颈,但其长期稳定性问题仍然是阻碍其商业化应用的关键因素。

为了解决这一挑战,中国科学院宁波材料技术与工程研究所的 Ziyi Ge Daobin Yang 研究团队设计合成了三膦酸錨定吲哚咔唑 (IDCz) 衍生自组装单层 (SAMs)IDCz-1IDCz-2 IDCz-3,并将其用于制备倒置钙钛矿太阳能电池 (PSCs)。通过调节 IDCz 单位的两个氮原子位置,有效地提高了分子偶极矩,并增强了 π-π 相互作用。研究人员发现,使用 IDCz-3 作为空穴收集层的倒置 钙钛矿太阳能电池 (PSCs)表现出最佳的性能,其 PCE 达到了 25.15%,创下了多足 SAMs PSCs 的新纪录,并且未封装的 IDCz-3 器件可以保存至少 1800 小时,性能几乎没有下降,展现出优异的长期稳定性。

研究背景与核心概念

倒置 钙钛矿太阳能电池 (PSCs)由于其结构简单、制备工艺易于控制等优点,成为目前 钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  研究领域的热点。在倒置钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  中,空穴传输层 (HTL) 与钙钛矿薄膜的界面起着至关重要的作用,它决定了器件的效率和稳定性。自组装单层 (SAMs) 作为一种有效的界面修饰材料,近年来在 钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  领域得到广泛应用,它可以有效地钝化界面缺陷,降低电荷复合,并改善载流子传输性能。 

然而,现有的 SAMs 通常面临着一些挑战,例如无法有效改善埋藏界面缺陷、稳定性不足等问题。为了进一步提升 钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  的效率和稳定性,需要开发新型的 SAMs 材料,并深入研究其作用机制。

研究方法与主要发现

该研究团队设计合成了三膦酸錨定吲哚咔唑 (IDCz) 衍生 SAMsIDCz-1IDCz-2 IDCz-3。这三种分子通过调节 IDCz 单位的两个氮原子位置,有效地提高了分子偶极矩,并增强了 π-π 相互作用。 

研究人员发现,通过控制分子偶极矩和能级,可以改变 FTO 电极的功函 (WF),从而调节钙钛矿的能带弯曲,促进空穴提取和阻挡电子。其中,使用 IDCz-3 作为空穴收集层的倒置 PSCs 表现出最佳的性能。 

研究结果与讨论

研究人员通过一系列表征手段,包括 UV-VisXPSKPFMSCLC 等,对 IDCz-3 的性能进行了分析。结果表明:

提高钙钛矿薄膜质量: IDCz-3 可以有效地提高钙钛矿薄膜的质量,降低其表面粗糙度,从而减少缺陷。 

降低缺陷密度: IDCz-3 可以有效地钝化钙钛矿薄膜中的缺陷,包括晶界处和表面处的缺陷,从而降低缺陷密度。 

促进电荷传输: IDCz-3 可以有效地降低钙钛矿/HTL 界面的能垒,促进空穴提取,提高器件的短路电流密度 (Jsc) 和填充因子 (FF) 

抑制非辐射复合: IDCz-3 可以有效地抑制非辐射复合,提高器件的开路电压 (Voc) 和效率。 

基于 IDCz-3 的倒置 PSCs PCE 达到 25.15%,创下了多足 SAMs PSCs 的新纪录。此外,未封装的 IDCz-3 器件可以保存至少 1800 小时,性能几乎没有下降,展现出优异的长期稳定性。 

结论与展望

该研究开发的具有更大偶极矩的双膦酸锚定自组装分子,有效提升了钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  的效率和稳定性,为钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  的产业化应用提供了新的方向。 

未来,可以通过进一步优化 SAMs 的结构和性质,例如: 

合成具有更强偶极矩的分子。 

优化 SAMs 的分子排列方式,以提高其钝化效果。 

SAMs 与其他界面工程策略结合,进一步提升 PSCs 的性能。 

相信随着研究的深入,钙钛矿太阳能电池 (PSCs)  的性能将会进一步提升,并最终实现产业化应用,为全球能源转型贡献力量。 

Fig15ZYGe
Fig17ZYGe
Fig20ZYGe

Reference

Advanced Materials, First published: 20 May 2024    

https://doi.org/10.1002/adma.202401537

Loading

发表回复